产品结构设计要求范文

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1.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中培养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。

1.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。

二、《产品结构设计》课程的教学思路

2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。

2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。

2.3教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。

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工业设计包含内容广泛，从外观造型设计概念图产生，到结构模具设计，手板成型及后期产品工艺处理等，都是工业设计涉及的范畴。在一个产品研发周期内，究竟是产品结构设计重要还是外观设计重要，一直是结构设计师和工业设计师辩论的重点。

工业设计：产品设计者必须要以满足消费者的心理审美需求为前提，否则会影响消费者的购买欲望；从产品研发流程中可以看到，结构设计在产品外观造型设计之后，设计者只需满足产品外观审美即可。结构设计：要求高于外观设计，产品结构设计的合理性和规范性会直接决定此产品是否可以投入生产和使用；结构设计中以毫米为单位（并且都是保留小数点后两位）可见其精确性，一个小数点错误可能会导致生产的产品厚度增加（或减薄），从而导致产品不能契合（或者硬度不够无法使用）；结构设计在不受外观造型影响的情况下，需要多维度展现产品细节和功能特征，通过结构的优化设计从产品的材料和工艺上实现低成本、高质量。

笔者认为，不应该将工业设计和结构设计摆在排斥对立面，工业设计与结构设计之间不能错误理解为割裂关系，无论多么优秀的产品，必然是团队合作的结晶。如果工业设计师具有一定的产品结构设计知识，不仅有利于工业设计师和产品结构设计师之间的沟通，而且能优化工业设计师的技能，使产品设计更具可行性和实现性。

1 工业设计专业为何要学习产品结构设计

讨论到工业O计，一些机械设计（工业设计）专业的学生会特意说明自己非艺术类工业设计，以表明其在产品设计上的逻辑结构能力优于艺术类学生，而艺术类工业设计专业的学生则强调自己的艺术性，以突出在产品设计造型上的审美优势。实际上，产品结构设计和工业设计都不应该只做分内事，产品结构设计师需要外观细节处理能力，不能照本宣科的做结构，而工业设计师也必须要了解基础的结构形式和工艺，尤其是某些结构和特殊工艺对造型的限制，否则设计出来的作品只能纸上谈兵，无法成为真正的商品。

1.1 市场对未来工业设计师的要求

结构设计注重产品的材料、功能及可实现性，而工业设计注重外观效果，在设计工作中想要完全区分外观与结构，中小型公司是很难实现的。这些年针对工业设计上外观和结构之间表面对立关系，衍生出了CMF（色彩、材料、工艺）设计师职位，其主要职责为判断产品外观效果的准确性，是工业设计师和结构设计师之间的沟通桥梁，CMF设计师既能最大化实现ID设计师的外观审美要求，又能保证结构实现的可行性。目前在手机、家电、汽车行业等一些大型企业，基本都有自己的CMF设计团队，人员3～5个不等，10个以上CMF设计师的团队不多，但是能够构建CMF设计师团队的毕竟是一些大型企业，中国大部分中小型企业是少有意识和能力去组建。如何很好地在前期外观设计时考虑结构的可行性？很多小公司的工业设计师兼顾设计和结构，因此，市场就对工业设计师提出不仅有设计能力还要具备与产品结构沟通的能力。

1.2 工业设计师自身的素质需求

很多工业设计的学生毕业进入企业工作后，发现设计概念不错的作品被拒，排除产品外形设计上的设计经验不足外，另一原因是产品结构设计知识的缺失，导致设计作品在结构评估时就死于非命；或者有时一个好想法，例如产品上设计了一条很优美的弧线，等到结构设计出来时却发现完全没有感觉，原因可能是结构空间不足，弧度太大或因材料缩水性限制结构设计等等。如何避免此类事件发生呢？作为一名工业设计师不能仅仅把产品设计出来，还需要跟踪产品落地实现和关注市场反应；不只是设计产品的外部形态，还要有材料、形体构成、人机交互等方面的知识积累，只有预先考虑产品结构，才能增强产品设计实现的可能性，这就对工业设计师自身能力素养提出了新要求。

2 工业设计与产品结构设计关系认知

实际上工业设计和产品结构设计之间有着紧密关系，固定的结构功能和人机因素对造型有制约作用，但是也可在范围内调节结构布局，形成新的比例结构而实现不同的视觉美感。

2.1 设计上明显的区别特征

从产品开发流程上看，二者是新产品开发过程中的两个环节；从工作性能看，工业设计决定产品的外在审美，结构设计决定产品内在的质量优劣；从设计手段上看，工业设计常用PS、AI、3D等设计软件模拟产品，结构设计常用CAD、PROE、UG、CATIA、SOLIDWORK等设计软件分解产品细节。

2.2 设计流程上承接关系

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0 引言

工业设计专业的培养要求是通过学习工业设计的基础理论与知识，培养具有应用造型设计原理和法则处理各种产品的造型与色彩、形式与外观、结构与功能、结构与材料、外形与工艺、产品与人、产品与环境、市场的关系，并将这些关系统一表现在产品造型设计的基本能力的学生。从培养要求里我们可以看到结构在工业设计教育中的重要性，然而目前我国工业设计专业院校中专门开设产品结构设计课程的很少，大都以机械类的课程来代替这门课。例如机械设计基础课程，而此课程主要面向的是机械专业的学生，对工业设计专业的学生来说会出现听不懂、学不会的情况，因此教学效果也不理想。结构是产品功能得以实现的前提，不同的功能要求具有相应的结构形式。[1]工业设计专业重造型少结构和机械原理会导致社会对工业设计师能力的怀疑，也限制了学生在学习中的思考能力和实现能力。而产品结构设计课程的开设，可以让学生了解机械结构基本原理与设计的关系，掌握产品的结构、工作原理及其设计准则，使学生在产品设计的同时考虑到产品的内部构造，进一步了解其加工制造工艺，为产品设计的合理。因此，现阶段工业设计专业开设产品结构设计课程是十分必要的。文章结合教学实践体会，从教学内容和教学方法两个方面去进行研究探讨。

1 教学内容

目前我国的工业设计专业主要设于属工科的机械学院和文科的艺术设计类学院，前者依托制造技术，具有较强的科学性与现实性；后者依靠丰厚的人文知识与艺术精神能量，富有挑战性和创造力。现在工科院校招生有艺术类文科学生、理工类理科学生及文理兼收三种模式。[2] 本文主要针对工科院校下《产品结构设计》课程的研究与探讨。本课程是工业设计专业的必修课，旨在培养学生在进行产品设计时不仅考虑到产品的造型，同时也要考虑到其内部结构，进而研究产品的加工工艺和可制造性。学生在学习本课程之前，应先学习工程图学、造型材料与加工工艺、机械设计基础等课程，这些课程的学习为开设产品结构设计课程打下了坚实的基础。我校工业设计专业的产品结构设计课程，使用的教材是刘宝顺教授所编写《产品结构设计》，这本书根据机械结构的功能来划分，全书分成七个章节，分别为壳体、箱体结构设计，连接与固定结构设计，连续运动结构设计，往复、间歇运动机构设计，密封结构设计，安全结构设计，绿色结构设计。本课程重点讲述的是连接与固定结构设计，连续运动结构设计，往复、间歇运动机构设计和安全结构设计，其中将机械结构原理中最重要的部分“齿轮机构”、“凸轮机构”、“连杆机构”、“步进机构”与生活中的实际应用结合起来，启迪学生将以上结构应用到设计中去，并制作成模型，提高学生的结构创新意识。产品结构的创新可以带来造型的创新，结构创新是产品创新的重要途径之一。

2 教学方法

2.1 强调本课程学习的重要性

工业产品的设计包括外部造型设计和内部结构设计两部分。据调查，刚毕业的工业设计专业的学生参与到企业的项目中，多数学生对产品的内部结构不了解，设计产品的造型实现往往会遇到加工和制作的问题，设计构想图不能顺利实现，造型设计师需多次与结构设计师沟通与商榷，与此同时也浪费了较多的人力、物力和财力，不利于产品开发方案的顺利执行。而产品结构设计课程的专业学习可以加强学生对产品内部结构实现的训练，提高学生的想象能力和动手能力，从而减少学生毕业后进入企业对结构设计不了解的问题。本校的工业设计专业属于属工科的机械学院，对产品结构的深入理解与掌握，可以更加突出工科背景下工业设计的特色，因此让学生认识到本课程学习的重要性是十分必要的。

2.2 组织趣味化的课程模式

本课程是开设在三年级上学期，二年级有太多的专业基础理论课，无论是学生还是老师都希望更有趣的上课组织形式。本课程采用的授课方式是理论讲解、案例分析、设计展开、作业点评。这种授课方式是将基础理论通俗化，将原理课程趣味化，极大地提高了学生学习的积极性和对课程的兴趣，其教学过程让我们思考趣味化的课程组织模式的方式应该是怎样的，将来又会有何种更适合的方式。考核学生的方式为设计报告、结构原理模型、最终设计作品、设计作品交流展示。考核方式的多样化，可以从多方面提高学生综合设计的能力水平。

2.3 提高学生参与的主动性

课程教师讲授是必然的，但是也不能忽视学生的主动性。首先，针对部分章节采用以“学生为主”的教学模式。让学生充当教师的角色，要求学生根据本章的主要内容，去搜集资料，在课堂上进行讲解，从而提高学生设计表达的能力，发挥学生主动学习的能力。其次，要提高学生的动手能力，让学生切身深入到教学中来。讲到第二章“连接与固定结构设计”时，要求学生拆解生活中的小产品，比如鼠标，研究其各个部件间是如何实现连接与固定的，用到了课堂中讲到的哪些连接与固定的方式，是否还有其他新的连接与固定的方式等。讲到“齿轮机构”时，要求学生拆解具有齿轮结构的机械式发条闹钟，分析机械式发条闹钟是如何实现传动，并要求学生以“齿轮机构”为基本单元，设计相关具有转动或者移动功能的产品。学生最终作品是经过多次的实验、制作与修正，最后才能与其他同学的作品共同展示与交流。设计展览活动的举办可以激发学生学习的兴趣，同时也是对这门课程教学成果最好的检验。

2.4 采用真实项目带动教学

利用学院工作室的设备和场地，将真实项目引入到课堂教学中，以项目来驱动教学，通过参与真实项目，提升学生的综合素质能力。按照“专业课堂就是工作环境，指导教师就是项目主管，课堂作业就是项目成果”的思路，完善课程教学过程的各个环节。[3]通过项目的推进，培养学生的创新意识、团队协作能力、实践能力、专业技能，进而提高教学效果。项目开展的同时，企业设计人员及相关结构技术人员来课堂上进行指导与讲解。这种方式增加了学生与企业互动交流的机会，学生可更直接的听取企业人员给出的设计意见并及时对设计方案进行改进、修正。

3 结语

结构设计是产品设计的基本内容之一，也是整个产品设计过程中最复杂的一个工作环节，在产品形成过程中，结构设计起着至关重要的作用，[4]产品的设计离不开对结构的考量。在工业设计教学开设产品结构设计课程，旨在学生在进行产品设计的过程中重视对结构的把握，进而设计出更加科学合理的产品，特别是对工科院校下的工业设计专业来说，产品结构设计课程的学习对突出专业特色具有非常积极的意义。本文从教学内容和教学方法两个方面进行探讨，为今后开展教学和教学改革提供一定的参考。

参考文献：

[1] 伏波，白平.产品设计：功能与结构[M].北京：北京理工大学出版社，2008.

[2] 康辉，卢国新，王静.工科工业设计若干问题的思考[J].理工高教研究，2005（1）：89.

[3] 白平，伏波.高职院校产品结构设计课程教学改革的探索与实践[J].兰州工业高等专科学校学报，2012，19

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近年来，随着科学技术水平的逐步提高，信息技术正处于日益发展中，在电子技术与计算机技术基础上，产生了三维CAD技术，该技术对结构设计具有现实意义。但值得注意的是，三维CAD技术更多的被运用在机械类结构设计中，通过将三维CAD技术合理的运用在结构设计中，有利于结构间相互配合，从而增强了产品的质量与技术含量，为提高我国现代化工业水平奠定良好基础。基于此，在结构设计期间，应该合理的利用三维CAD技术，通过充分发挥该技术的作用，从而促进提升结构设计效果，为优化产品质量创造有利的条件。

1三维CAD技术的优势分析

随着科学技术水平的不断提升，进而产生了三维CAD技术，对于该技术而言，主要包含了三维造型、机构运动分析和三维设计等内容，该技术在诸多领域的运用，通过发挥虚拟和仿真等的作用，可以满足性能以及几何形状等的要求，能够让产品的各个指标更加符合规范。当前，在结构设计过程中，通过运用了三维CAD技术，有利于提高产品的质量与科技含量，比如，在机械结构设计时，采取三维CAD技术对产品的结构加以设计，由于三维CAD技术与二维技术相比功能更加强大，所以结构设计质量有所保障，因而在零件加工中也有助于提高机械产品的整体质量。

同时，在结构设计期间，设计人员不但要完成设计任务，而且要对部分零件予以改装，确保结构设计更加具有科学性与合理性，所以结构设计是个复杂的过程[1]。但是，将三维CAD技术利用在结构设计中，因为三维CAD技术更加完善，系统的功能更为健全，在具体设计时，设计速度更快，能够提高到4倍以上，缩短了结构设计的时间，并且设计质量也有所保证。总之，三维CAD技术有很多的优势，将其运用在结构设计中对提升设计质量具有主要作用，也为推动行业发展提供了坚实的保障。

2三维CAD技术在结构设计中的具体应用

2.1制作装配图

当前，由于三维CAD技术有很多的优势，所以被广泛应用在诸多领域，以机械行业为例，在结构设计过程中，三维CAD技术作为比较核心的辅助工具，将其应用在制作装配图中，对最大限度的提高设计质量创造了有利条件。在实际运用CAD技术制作装配图时，设计人员认真地分析零部件结构，合理的利用CAD软件中的三维编辑功能，当鼠标运动到某一具置时，然后将零部件的装配制定到该坐标处，从而以最快和最准确的方式完成装配图的制作，也达到了良好的结构设计效果。

2.2制作产品的零件和装配图建模

在结构设计时，为了保证设计质量，需要充分发挥三维CAD技术的重要作用，在制作产品的零件和装配图建模阶段，通过正确的运用三维CAD技术，将该技术运用在制作产品的零件和装配图建模中，从而为提高产品结构设计整体效果具有现实意义。CAD技术将线框、表面和实体建模作为主要方式，然而，三维CAD技术与其相比有很大的差异性，该技术还兼具圆锥形、立方体和环状体等六大建模体系，将三维CAD技术应用在机械产品结构设计中，对不同类型的零件予以实体建模发挥了关键作用，尤其是在对零件进行分解过程中，采用了交、并和差等布尔运算，能够更好的对机械零件的三维造型实施实体建模。当对产品的零件进行了实体建模之后，借助于CAD软件对相关资料予以合理的整理与分许，进而整合出最为科学的机械装配图形，不但提高了结构设计质量与效率，而且保证了产品的整体质量。

2.3检查零部件设计情况

在将三维CAD软件运用在结构设计过程中，设计人员借助于动画播放或是建模的形式，可以快速、比较直观的演示机械产品零部件实际装配状况，也有利于利用资源查找器修改机械产品中的某部分零件，对产品模型予以重新构建，检查零部件的设计情况，继而有效的增强了机械零件间适配的性，也在一定程度上防止零件存在误差，从而最大程度的降低了机械产品在装配存在问题。其中设计人员利用三维CAD软件系统可以对整体装配予以合理的调整，所以能够呈现出不同形状结构的实体建模，一旦发现问题，进而立即对机械零件结构设计与装配加以调增，从而保证了结构设计的整体质量。因此，在结构设计期间，通过加大三维CAD技术的利用力度，能够实现对零部件设计情况加以检验的效果，以自动化的方式对零部件予以检查，并且直观的观察设计状况，不但缩短了设计的周期，而且也最大程度的提升了产品质量。

3结语

我国作为工业大国，工业的发展为社会经济增长发挥了关键作用。在机械、汽车和电子领域，为了优化产品结构，进而创造出高品质的产品，必须对结构进行合理的设计，那么，在结构设计期间，需要利用到计算机技术与电子技术等，实现对产品结构的优化。在行业发展过程中，企业需要对产品结构进行设计，进而制造出质量更高的产品，继而满足市场的需求，那么，在结构设计期间，应当采取合理的技术，为提高结构设计效率奠定良好基础。由于三维CAD技术具有很多的优势，所以需要将三维CAD技术合理的应用在结构设计中，从而为提高结构设计质量发挥主要作用。

参考文献：

[1]倪广树.结构设计中三维CAD技术的应用[J].中国机械,2014(06):198-199.

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关键词： 工业设计；结构设计；产品外观造型设计

Key words： industrial design；structure design；product appearance design

中图分类号：G640.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0247-02

0 引言

“产品结构设计”是计算机辅助设计与制造专业的一门重要的必修课，同时也是计算机辅助设计与制造专业的核心课程，利用三维设计软件进行家电产品或电子产品的结构设计，有较强的专业性和实践性。目前，国内高职院校随着时代的发展相续开设计算机辅助设计与制造专业的课程，高职工科类工业设计与结构设计属于年轻的专业。专业建设需要时间的沉淀，产品设计类专业有很多问题急待解决，其中首要问题就是确立课程内容和改进教学方法。而核心课程《工业产品结构设计》就是必须解决的问题。

1 课程开发的思路

以工作过程为导向构建课程体系的开发设计思路是：依据地区经济规划大力发展先进制造业的要求和确定的职业岗位群，高职计算机辅助设计与制造专业学生的就业为导向，经过专业人才培养论证会的辩证，提取企业资深工程师和行业专家的宝贵意见，先分析其典型工作任务，得出完成典型工作任务对应的职业能力，并对专业所涵盖的产品设计能力进行研究分析，综合考量学生的知识接受能力，最终确定课程的工作任务和课程的项目模块。

2 教学目标

结构设计课程的开发要解决的最关键问题是培养结构设计人才需掌握哪些知识和技能，而当今社会企业对一个合格的产品结构设计人员有下列要求：①熟练一门三维设计软件和一门二维平面CAD软件。②对塑料模具和五金模具有一定的了解，包括模具各组成部分，以及塑料件和钣金件的设计规范。③塑料性能的认识。比如塑料的分类，注塑成型工艺的影响因素等。④塑料表面工艺了解，其中内容有磨砂、抛光、喷涂、烫印、电镀和覆膜等。⑤机械相关知识、机械制图，需掌握凸轮、曲柄摇杆等各种机构，熟悉绘图国家标准。⑥相应产品的生产装配工艺。⑦国内和国际在品质方面的安规相关知识，以及相应试验标准。

本课程的目标是使学生通过以工作过程为导向的项目实训，掌握结构设计所需的各种知识，具备分析和解决实际问题的能力。

3 教学方法

目前社会上的企业招聘时，用人单位往往优先挑选有工作经验的人才，而刚毕业的大学生由于缺乏工作经验，常常受到冷漠地对待，就业压力大。因此，提高学生的工作经验已经成为各大院校的当务之急。

以往本课程的授课内容与学习三维绘图软件的课程很类似，学生跟着老师一个零件接着一个零件地绘制，偏于注重学生“技”的训练，特别是仅强调计算机辅助软件的应用训练，而没有让学生具体地做一个项目，即从产品输入、结构设计与评审、模具评审与改模，直至项目结题的完整过程，使学生无法对产品设计有深刻的理解。因此，本课程将采用基于工作过程的项目教学法，选用一些典型的企业产品作为项目来源，立足于加强培养学生的实际动手操作能力，学生不仅需要掌握产品设计的能力，还要具体地管理项目，在实践中运用产品设计相关的各方面知识和必要的项目管理知识，使学生对产品结构设计有深刻的理解，掌握相应的产品设计经验，着重培养学生“先模仿，后创新”的能力。选取产品的绘制难度由易到难，所用的知识由浅到深。

本课程分两个阶段教学：第一阶段采用项目教学法，边讲边学边练。强调“教、学、做”相结合，灵活运用理论讲授、实践操作（演示）、讨论等多种教学形式。教师可以参考企业设计部门，把学生分成几个项目组，选出组长，并人为地设置一些障碍，使各组员互相帮忙，共同克服困难，推进项目的进程，培养学生的创新意识、职业能力和团队协作能力，使之养成良好的个人品格和行为习惯，从而提升职业道德和修养。第二阶段安排实训专周采用实训教学方式，让学生到合作企业的校外CAD实训室实践，并引用企业的产品案例作为实训的题目，在企业工程师的指导下，按企业的产品设计开发流程和方法进行实训，在实训过程中既将所学相关课程的知识应用到实际中，又进一步提高学生的工作能力、实践能力和专业技能，提高教学效果。

4 课程内容

为了体现基于工作过程为导向的课程思想，本课程根据产品结构设计的工作岗位、工作任务和实际运用中所应具备的各方面技能，从学习各类型设计特征到把握总体产品绘制，将总体项目进度分解为各个时间节点，确定各种具有代表性的产品为单元组织项目化课程内容。

本课程的前导课程主要是机械制图与测绘、机械工程材料、三维造型与工程图、模具设计、电器产品强制认证基础等，培养学生初步具备读图、计算机辅助二维和三维绘图、工业产品设计的能力，为本课程的学习奠定基础。

课程的主体内容包括：①钣金结构件可加工性设计规范；②注塑件材料特性、成型方法以及设计技巧；③连接结构：a.固定连接结构；b.活动连接结构；④电路板安装结构；⑤编写项目进度表和项目任务书；⑥结构设计方案评审；⑦编写改模方案表；⑧绘制工程图；等等。

5 教学评价

本课程采用过程评价与结果评价相结合的方法，以及企业对学生能力的评价来综合评价学生的成绩。总成绩由三部分组成：平时成绩占总成绩的比例为10%，期末考试成绩占50%，实训成绩占40%。

注重考核学生在项目进程中动手能力和分析问题、解决问题的能力，对于在设计中有创新意识的学生，尤其是在创新设计大赛获奖或其设计作品被企业采纳的学生予以特别的鼓励，可考虑折合成相应的学分，做到全面综合评价学生的能力。

6 课程资源的开发

身为产品结构设计师，不仅必须掌握至少一种三维造型软件，而且需要具有广泛的专业背景和理论基础，包括工程材料的知识、机构设计、塑料件和钣金件的设计要点，相关模具的特点，以及国内外产品行业安全标准等等。虽然国内有多所高职院校开设了《工业产品结构设计》课程，但都是各自为营，教学内容和使用教材常常大相径庭。综观国内关于产品结构设计的教材，大概分为两个极端，要么是大而泛，即牵涉的范围太广，而没有侧重点，看似内容挺多，其实真正实用的很少；要么就是讲解的内容偏窄，比如仅提到了塑料件和塑料模具，而没有提及钣金件、新材料的运用，更没有材料表面处理的说明。由此可见，目前在产品结构设计课程领域，专业针对性强的教材稀缺。

本课程从实战出发，整理产品结构设计相关的各种材料，融入企业的实际工作经验，充分考量学生的实际能力，制作出实用课件、实训指导书和整个产品绘制过程的教学视频，创建学生作品数据库，汇集国内外优秀结构设计作品，并经过两个学年的不断修订，最终开发出符合当前企业需求和学校情况的教材。

7 总结

本课程适用于工科类计算机辅助设计与制造专业，亦可作为所有与产品结构设计相关专业的课程内容选用，相信本课程的探索与实践必将有利于高职院校计算机辅助设计与制造专业的人才培养。

参考文献：

[1]虞凯，路海萍.中国高职教育课程模式现状及其发展走向[J].学理论，2011（35）.

[2]陈青云.高职院校工业设计人才的培养模式探讨[J].技术与市场，2009（10）.

[3]许弢.高职院校课程改革的主体探析[J].武汉商业服务学院学报，2011（1）.

[4]盖海红，秦学武.浅谈高职院校的改革创新[J].教育与职业，2005（2）.

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1.1 从顶端到底端的设计理念（TOP===>DOWN）

以往的设计往往从零部件开始，再把零部件组装起来，这样一旦产品出现方案性的错误，将引起整个设计较大的调整和修改。TOP=>DOWN的设计理念是根据产品的功能要求，从产品的堆叠、布局和组装关系开始设计，再逐步细化到组装方式的实现和零部件的细节设计，并通过适当微调布局和组装关系，以适应细节设计和产品功能的要求。这种从整体到局部，从顶端到底端的设计方法需要设计者对产品具有全局性的考虑。

1.2 DFMA的设计理念

所谓DFMA，是“Design for Manufacture and Assembly”的缩写，也就是说产品的结构设计要能满足易于制造和方便组装的要求，满足产品制造的工艺性要求。我们知道现在的生产制造都是快速的规模化和工业化的大批量生产，易于制造和组装的设计才能大大降低成本，迅速占领市场，这也是设计者需要与产品工艺工程师持续沟通的关键。但是这种设计理念是不能以牺牲产品的功能性和可靠性为前提的。

1.3 并行和协同开发的设计理念

产品结构设计的工作涉及面广，任何人不可能精通整个设计中的所有事项，因此需要在设计中不断与市场工程师、硬件工程师、ID工程师、模具工程师、LAYOUT工程师和生产工艺工程师沟通交流，听取他们的建设性的建议，不断优化和改善设计。不要等到设计完了，才发现与客户要求不符，有电磁屏蔽和散热问题，模具上做不了，与电子元器件有干涉，无法生产制造和组装等等问题，导致设计的推倒重来，浪费大量的人力物力而没有达到设计的效果。并行和协同设计就是通过不同部门间的互动交流，结构设计和问题解决同步进行，避免出现无休止的发现问题并修改设计的死循环当中，达到“设计完，问题毕”的设计效果。

1.4 绿色环保的生态设计理念

绿色环保的设计理念在结构设计上主要体现在环保材料的适用，ID外观造型选择的简化，少零件和少后处理工序的设计，减少壁厚和节约材料的设计，可拆卸、少热熔和少超声的组装方式设计等等。这种生态设计的理念能够确保产品的可拆卸，可回收，可维护和可重复利用。

1.5 模块化的产品设计理念

所谓产品设计的模块化是根据产品的功能和实现要求，把整个产品分成多个独立但又相互关联的单元模块，完成各个单元模块的设计后，通过相互的关联组装，从而完成整个设计。这种设计方法可以把一个非常复杂的设计问题简单化，并且设计好的各个独立的模块还可以应用在其他项目的产品设计中。目前我们公司的产品多为上下盖的扣合方式实现，相对简单，应用到模块化的设计不多，其中PLC产品的活动插头是一个很好的例子，但费用比较高。

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机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能；是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还需考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。本文主要介绍变元法在机械结构创新优化设计中的运用，并结合实际结构设计论述或举例说明结构设计中的创新方案。

1、变元法

变元法源于德国，是用于机械产品结构设计的一种富有创造性内涵的新方法[1]。采用该方法来开展产品结构设计工作前，需要明确基本结构内容，并在基本结构确定前提下研发新型结构方案。变元法的内涵有两个：（1）定义产品结构中的变元内容，主要包括七个：①材料；②数量；③位置；④尺寸；⑤形状；⑥联接；⑦工艺；（2）将这些变元进行适当改变调整，然后构造出不同类型结构方案，达到优化设计目的。

1.1材料变元

机械设计中可以选择的材料很多，不同的材料对应不用的加工工艺，结构类型，零件尺寸。通过调整材料变元可以创新性制定不同结构方案。例如：在运用钢材料的结构设计中，通常加大零件的截面尺寸以增加结构的强度和刚度；而在铸铁的结构设计中，则是通过加强筋和隔板的方法加强结构的刚度和强度；塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板与壁厚相近并均匀对称。

1.2数量变元

产品结构中存在的基本元素包括加工面和工作面，轮廓面和轮廓线，零件本身。可以对结构中具有的基本元素数量进行调整、改变以达到改变机械结构的目的。例如：铸件结构形状力求简单，在可能情况下尽量采用直线形的轮廓。在螺纹连接结构中，为防止螺钉松脱，往往需要螺钉与弹簧垫圈同时安装使用；但也可以把螺钉设计成将螺钉、垫圈和弹簧垫圈的功能集成为一体的在螺钉头安装接触面带有防松措施的防松螺钉，既减少零件数量又方便装配。

1.3位置变元

对产品结构中各个元素间的对应位置进行适当改变，可以获得结构设计的优化。例如：在安排零件的焊缝位置时，焊缝应相对构件中性轴，或靠近中性轴，以减少收缩力矩或弯曲变形。另外，在有限空间箱体中装配若干零件，零件摆放位置不同也会影响装配操作的操作性。

1.4尺寸变元

其中尺寸变元内容有角度、长度以及距离等内容，调整构件、零件尺寸大小能起到改变整体结构的效果。例如：在冷冲压弯曲工艺中，由于材料的弹性变形，弯曲件如果严格要求某角度，则需要在弯曲件成形后，再附加整形工序修复工件；弯曲件如果增加弯曲角度Δα，允许2°～3°变形，弯曲后不需整形。

1.5形状变元

通过调整结构零件表面及整体形状、整体轮廓以及零件规格、零件类型，也能实现改变机械整体结构的目的。例如：要实现用弹簧产生的（弹）压紧力压紧某零件，使其保持确定位置。设计时可以选择的弹簧类型有拉簧、压簧、扭簧、板簧，被压紧的零件形状可以有平面、圆柱面、球面、螺旋面，通过对这些因素的组合可以得到多种方案。其中压簧的压缩距离不应过大，否则容易引起弹簧的失稳，如确需要使用较大的压缩距离则应设置导向结构，拉簧因无失稳问题，设计中受空间约束较小，即可单独使用，也可以与摇杆及绳索等配合使用。

1.6分析连接变元

其包含2层意思：①联接方法，其中包括焊接方式、胶接方式还有铆接、螺纹联接等；②每种连接方法均有几种不同联接结构，因此可以将联接结构及方式进行调整或是改变之后获得多种结构类型。例如：对于需要经常拆卸的零部件结构，不但应使连接可靠，还应使拆卸操作尽量方便。这方面的结构在我们生活经常可见，如玩具产品中经常使用卡扣与螺钉相结合的安装方法，而手机产品的机盖设计成快速连接拆装结构，方便用户操作。

1.7分析工艺变元

工艺的不同也会对结构设计产生重大影响，因为各个设备零件在制造过程中选用工艺不同，制造成本差异以及性能、质量差异都会影响产品整体结构。因此在拟定机械零件的工艺规程时，应该充分研究零件图纸，对其进行分析，审查零件的结构工艺是否良好、合理，并提出相应的修改意见。当前，由于加工工艺、转配工艺（自动化程度）的不断提高，如机械人、机械手的推广应用，出现了不少适合于新条件的新结构，与传统的机械加工有较大的差别，这些工艺应该给予注意与研究。

2、机械结构优化设计以及变元法运用

对于每一个结构设计方案的评价，应该综合考虑结构方案中的社会效益、结构系统可行性、工艺性以及技术经济相关指标要求等内容。然后从各个备选结构方案中挑出最优的结构方案。在机械结构方案已经确定的情况下，也可以对关键构件或零件构进行不同变元的分析，以及变元之间联动配合修改，已达到优化设计目的。另外，也可以建议一些数学模型，因为数学模型可以很好描述结构设计中的尺寸和数量变元，还可以对材料变元进行间接描述（但是很难描述其他变元类型[2]）。按照机械产品不同要求和特征，综合运用不同变元，结合设计者掌握的经验及知识能力，通过发挥创造性思维，构造出不同机械结构。例如以下转盘结构。

在这三个结构图中，如果将结构设计方案1（图一）中的调整锥齿轮间和主轴承两者位置，及通过调整位置变元，然后再调整水平轴方向上的左轴承形状，也就是通过改变形状变元之后获得了结构设计方案2（如图二）。如果改变方案1中的主轴承和齿轮的尺寸大小和个数，及通过调整两者的数量变元、尺寸变元，于此同时，在调整齿轮构件和轴承构件的位置，及改变位置变元，就可以获得结构方案3（图三）所以，上述3种不同类型的转盘结构方案均可以利用变元法很好的实现，若进一步采用变元法也可以实现多种不同的结构设计方案。通过对比这3种结构方案，综合分析社会效益、成本需要、可行性以及制造工艺过程等方面内容，可以获得方案2是最优结构组合。一个机械结构方案的整体评价，都要经过实际使用效果来作为最总检验的事实依据。若对转盘结构模型中欧的齿轮构件作进一步可行性设计以及优化设计，并对滚动轴承以及齿轮运行进行弹性流体压分析，然后进行精密计算，都可以为优化转盘结构设计提供大量参考数据。

3、结束语

深入研究机械创新结构设计具有重要的现实意义。想要逐步实现结构创新设计，不仅要求设计者拥有扎实的专业知识、技术知识，还要不断提高敏锐的问题分析能力、以及创新思维能力。变元法在设计中的运用可以衍生出很多种结构，为机械设计者最终选择优化方案提供了一种创新工具。在明确设备功能或是零件基本作用的基础上，如何将现代机械结构设计方法灵活运用，并实现各个构件零件的最优组合，以便满足机械系统要求，这是当前工程设计工作采用的主要手段。创新设计属于先进技术范畴理论，在机械机构设计过程中利用创新设计理念能帮助构造出多种结构方案，从而寻找出最优结构设计。这不仅为促进了企业自身发展，在另个层面上也推动了社会不断发展。

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工艺是指企业或者个人利用某些生产工具对各种原材料、半成品等进行加工处理，使之成为最终的产成品的方法和过程。结构可以是指植物的结构、原子的结构、语言结构、产品结构以及建筑结构等，而本文所指的结构是工业产品结构，产品结构是指产品的“骨骼系统”、“皮肤与肌肉系统”，即产品外部及连接结构、产品内部股价及安装结构、产品运动机构等，产品结构对于产品主要起到包装、支撑、安装、连接等作用，而产品的机构主要起到完成运动、空间运动以及产生功能等作用。成本控制是企业长久以来探讨的主要问题，在市场竞争日益激烈的今天，企业都在努力的进行成本控制，将成本发展成企业的竞争优势。本文将对工艺、结构的优化设计与企业的成本控制相结合，从全新的角度对企业成本控制进行剖析。

一、工艺、结构的优化设计在企业成本控制中的作用

工艺、结构的优化设计对企业的成本控制有着重要的作用，工艺、结构的设计关系着企业经营的所有方面，不同的工艺工程或者结构会使得企业收入成本发生很大的变化。目前应用比较广泛的成本控制方法主要有作业成本法、VE价值工程成本管理、标准成本法、目标成本法、本—量—利分析方法以及战略成本管理方法等。工艺结构的优化设计与企业成本控制相结合的方法，强调的是企业在保证生产的产品和服务的前提下，对工艺和结构进行相应的优化设计，使企业在成本上获得优势。将工艺结构的优化设计与适合企业的成本管理方法联系起来，是企业进行成本控制的重要途径和方法。

企业进行成本控制的目的是降低产品或者服务的成本，在行业中建立起成本领先的优势，获得更高的利润，也就是说利用更低的成本来获取更大的收益。这是一种双赢的状态，消费者用更少的钱购买了相同价值的产品，而企业则利用更少的钱获得了更多的收益。对工艺、结构的优化设计可以有效的降低企业成本，使企业在激烈的市场竞争中获得优势，所以对企业的发展有重要的作用。

二、工艺、结构的优化设计在企业成本控制中的应用

工艺、结构的优化设计其实在企业中的运用十分广泛，对每一道工序的选择、机器的选择以及结构的选择等都是对工艺、结构的优化设计，也许其目的不仅仅是为了控制成本，但是成本也是其改良的重要方面。

(一)工艺的设计及优化

工艺设计是对某个工业建设项目生产工艺的设计，其主要内容包括产品方案的设计，原料、燃料、动力的来源和用量设计，选用设备的型号和配置，主要经济指标，对建筑物的要求等。工艺设计的种类有基础工艺、改性工艺和后期处理工艺。工艺的范围很广泛，涉及到了各行各业，例如说玉雕工艺、剪纸工艺、机械工艺、化工工艺等。据调查显示，企业将近80%的成本涉及到工艺成本，所以对工艺进行优化设计具有很大的潜力可以为企业节约更多的成本。工艺加工过程既是生产过程同时也是消耗的过程，工艺方法很多，所以具有很强的灵活性。对不同要求、不同批量的零件或者产品，其设计方案的可行与否，不仅取决于技术上的优劣还取决于其经济性。

产品的工艺设计体现在所制定的设计总方案中，设计方案主要包括产品原材料和零件的采购、工艺设备、工艺特点以及工艺流程等的安排，但是对工艺设计必须进行评审，分析其技术性和经济性。产品工艺的设计优化需要对工艺进行技术革新和工艺创新，也需要依据企业自身的实际情况，制定合理工艺设计方案，保证产品质量的同时，达到成本控制的目的。工艺的设计优化应该考虑以下几个方面：合理选择产品设计结构，保证零件或者产品的技术性和经济性的要求；依据产品的设计阶段和批量不同，合理改善毛坯技术状态；采用新工艺和新技术；合理选择机器设备，优化工艺参数，减少辅助时间。

在优化工艺方案方面，为了使得产品成本得到最好的控制，企业必须要找到影响工艺优化的瓶颈之处。与优秀企业相比较，找出自身存在的不足之处，例如设备方面的不足，应该引进行业内先进的设备，来满足行业内的市场需求，提高生产效率。并且应该加强对新工艺的开发利用，改善落后工艺而造成的低效、高耗现象，在不断促进工艺创新的同时，达到降低成本的目的。对工艺的设计及优化既可以降低消耗，又可以完善工艺上的不足之处，对企业有非常重要的意义。

(二)结构的设计及优化

本文所描述的结构的设计及优化主要针对工业企业的产品结构，以下是对产品结构的优化设计以降低成本的描述。

1、工业产品结构的设计流程

工业产品设计流程是先根据客户的要求和提供的资料如产品开发计划书、产品性能介绍以及基本材料结构等进行分析，考核是否需要追加其他资料，制定多种设计方案、选择材料、制定安全标准以及拆分合理的结构装配等。之后进入实践设计阶段，对产品进行外形设计、结构设计和功能介绍，企业还需要进行平面设计和立体设计，然后选择材料、零件拆分、制定安全标准，最后是产品颜色设计、整体的装配说明以及最后的包装设计，到此为止，产品设计完成，但是后面的阶段还要进行审核和改进。

2、工业产品结构设计及优化与成本控制

材料的选择是产品结构设计的开始阶段，材料的选择关系到以后的很多阶段，例如生产、包装、配送等阶段，都会因为选择材料的不同而使得这些阶段也会有相应的变化。影响材料选择的因素有很多，例如说价格、销售情况、品质、装配问题以及完成时间等因素。但是在考虑选择何种材料时不能兼顾如此多的因素，需要依据客户提供的资料以及市场需求等实际情况选择材料的类型。常用的工业材料类型主要有硬胶（GRPS）、不碎胶（HIPS）、超不碎胶（ABS）、透明大力胶（AS）、软胶（LDPE）、硬性软胶（HDPE）、橡皮胶（EVA）、百折胶（PP）、软质（PVC）、硬质（PVC）、尼龙单6（PA-6）、防弹胶（PC）以及酸性胶（CA）等材料。材料的选择直接影响了产品的成本和利润，选择合适的材料保证成本在一定的范围之内，例如PC材料强度较高、价格贵，流动性不好，比较适合强度要求较高的外壳，按键、镜片等。有些产品需要进行厚度的选择，厚度的多少对产品设计也有着举足轻重作用，选择合适的厚度对成本也会影响较大，在不影响产品质量的前提下，减少产品的厚度，若产品是批量生产会节约很大一部分的成本。适度的减少产品的厚度，会节约材料，降低成本，给产品的工艺也带来一定困难。塑件制品的强度和刚度要得到保障，而又不想加厚塑件制品的厚度，就需要放置加强筋，若要求强度较大，可以多放置一些加强筋，企业一般都宁可多放置加强制也不会选择增加产品的厚度，这不仅是为了节约成本，更多的是为了保证产品的强度。外形设计是在进行产品结构设计时需要考虑的重要方面，如果外形错误的话，会导致各种零部件的报废。在现在社会中，外形设计已经越来越重要，对其要求也越来越高，既要求美观大方又要求自然、合理。目前市场竞争愈演愈烈，很多企业都借助外形来增加竞争优势，所以对外形的要求也越来越苛刻，而且在考虑这些的同时还要考虑成本问题，根据市场需求来设计产品的外形，制造出物美价廉的商品。

结构的设计及优化并不只是单纯的对设计找出不足之处，而是选择更加适合的结构以及在保证各方面要求的基础上对设计的改进，进行更有深度的控制成本。对结构的优化设计并不是降低要求，而是减少一些不必要的浪费，以此来控制成本。结构的设计及优化需要对设计人员的水平不断提出更高的要求，只有这样才能设计出更好的结构以及优化。例如，根据产品的具体情况，分析存在的优势与不足，针对不足进行更加严密的思考，亦可以效仿国内外成功的案例进行改良，改良的主要目的并不只是为了削减成本而是在完善产品结构过程中进行成本控制。

通过以上描述可以看出在结构设计及优化过程中需要考虑很多方面，首先要根据信息制定计划书等，详细分析产品资料和市场行情之后，在进行结构设计工作，只有事半功倍才能最大程度的节约成本。

三、结束语

工艺、结构的设计优化的目的之一是进行成本控制，将成本管理方法与工艺、结构的设计优化相结合可以发挥更加明显的效果。但是值得强调的是工艺、结构的设计优化需要在保证产品质量的前提下，优化设计、减少不必要的浪费，使企业具有成本竞争优势。

参考文献：

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第一部分　产品外观设计

产品外观设计是在实现功能的前提下，对产品的形状、图案、色彩及其结合所作出的富有美感且符合人体工学的新设计。

以下是产品外观设计的主要流程：

一、项目启动：了解项目属性和需求；明确设计任务，完备所需资料

二、设计调查：

1、企业内部调查分析：包括现有产品、现有设备工艺、产品销售市场和消费人群

2、市场同类产品调查分析：包括行业分析、市场走向分析等

3、相关类似行业产品调查分析

4、其它行业及社会趋势调查分析：包括设计流行趋势分析(材料、色彩、工艺等方面)

5、调查分析总结：包括产品设计方向，设计关键词，设计策略，设计中心指导思想。

三、创意发散：草图发散阶段(头脑风暴)

四、草图可行性评估：结构人员参与，对草图中的分件方案，外观可行性提出意见

五、草图深化绘制：确定每个设计方向中具有代表性的草图原型

六、草图方案评审：选定设计草图方案

七、线条图绘制：根据选定草图用平面绘图软件(gCoreDraw)勾出产品基本线条雏形，并对细节深化推敲，完菩平面效果图。

八、3D建模：将线条图导人工程软件(如Pro／E)进行三维绘制，调整局部细节，导出模型

九、模型渲染：为3D模型赋予材质，体现其表面质感，模拟产品实际效果

十、效果图的绘制和排版，并标注各部件的加工工艺说明

十一、结构可行性再次评估

十二、方案提交

十三、外观手板制作

十四、方案修改

第二部分产品结构设计

产品结构设计是针对产品内部结构、机械部分的设计。结构工程师在设计一整套关联结构件实现各项功能的同时，还要考虑产品结构紧凑、外形美观；既要安全耐用，又要易于制造、降低成本。因此，结构工程师既要了解各种材料的性能和特点，又要精通加工制造工艺及装配工艺。

以下是产品结构设计的主要流程：

一、了解产品设计需求：包括功能的实现，用户使用是否最佳。

二、参与外观设计过程中的产品可行性评估：包括制造加工工艺、材质选择、结构强度、出模方向等的可实现性。

三、与电子工程师配合确认器件规格(形成主要器件清单)；PCB板的尺寸、器件位置、装配、电磁兼容性(EMC)；天线的位置、面积等是否合理。

四、采用3D软件(ProeUG)实施具体的结构细部设计，设计中要注意结构件的强度、定位、安装定紧固方式、lP等级要求等，同时要考虑定制模具的难易、出模方式等，以及结构件制品量产制造的材料、工艺、成本。

五、设计输出：产品结构件BOM清单，3D，2D图，PCB板2D图(轮廓图、器件排布图、限高图)。

六、结构手板制作：通常2-3轮

七、结构设计评审：每轮结构手板都需试装，进行结构验证验证之后，做结构评审，根据评审结果做设计变更，最后一轮评审后做出结构设计确认。

八、结构件发出开模：正式开模前应与模具厂做详细的方案评估，细部讨论，做设计修改。

九、模具试模跟踪：对模具试模制品进行试装、检讨，发模具检讨书给模具厂通知改模，通过几轮修改和小批量生产，结构件才能基本定型，导人量产，结构设计也就基本完成。第三部分设计案例一MT70移动数据采集器

产品介绍：MT70是一款多功能、经久耐用的lP65工业级移动数据终端。3，5英寸大屏幕触控显示屏，支持室外阳光下显示功能，采用wincE，NET操作系统。PXA310 806MHz高速CPU、2GB大容量用户存储空间。MT70具有特色的模块化结构设计，方便客制化需求的扩展(包括三种条码识读头的互换，无线模块的互换)。具备wBluetooth，GPRs等通讯功能。在仓储管理、物流配送、现场服务、交通执法等领域均是一款能满足应用的设备。

以下是此款产品的主要设计过程：

一、MT70的外观设计：

1、外观需求：

-产品外观的设计力求有所创新、给予人耳目一新的感觉，使其外观在市场上具有很强的竞争力；

-使用环境：设计要求至少要达到零下1 0度可以正常工作；

·工业等级：产品工业等级需达到lP65，抗振动、耐摔(具备1，5米高度的抗摔性)；

-外形尺寸：W75xU60xH36mm(注：除背夹部分厚度H=36mm)。

·产品六面设计细则(略)

2、主要器件清单

3、根据外观尺寸要求和主要器件清单做内部结构堆叠草图：图中标有数字模块为清单中对应数字的器件，尺寸按器件规格书最大尺寸，具置、板间距等与电子工程师讨论：

4、按照内部结构堆叠草图和外观设计细则做三款外观效果图：

5、外观评审：选定A款；在A款基础上做多次修改，并做一轮外观手板，经评审最后定型

二、MT70结构设计：

1、　了解结构设计需求：

2、　结构设计：经多轮评审和2-3轮手板试装基本定型

3、　结构件BOM清单输出：按材质分为塑胶类、硅胶类、五金类、杂项类(辅料)

4、PCB板设计输出：(轮廓图、器件排布图、限高图)

5、　结构终审后图纸发出定制结构件(模具等)

三、MT70的设计实现：(新工艺，新材料)

1、双色模具：前后壳采用双色注塑(PC／ABS+TPU)，设备1.5m跌落起缓冲作用。

双色模具是两种塑胶材料在同一台注塑机上注塑，模具系统上设有一个旋转机构，旋转机构旋转180度，互换型腔分两次成型，但是产品只出模—次。一般这种模塑工艺也叫双料注塑，通常由一套模具完成，且需要专门的有两个料筒的双色注塑机。双色模具这种工艺可以使产品的外观更加漂亮，易于换颜色而可以不用喷涂，但造价昂贵，技术要求高。

2、IMD技术：MT70主键盘采用lMD(1nMold模内注塑)，色彩丰富，耐磨损。

IMD按键的字体、图案、色彩丝印在展平的PC塑料薄片(0.1mm)内表面，如同纸张印刷，丝印后的PC薄片冲压成型后放人注塑机与ABS塑料键帽一体成型，牢牢附着于键帽表面，此过程称为模内注塑。键帽切边后借助工装与硅胶件粘合为成品。传统P+R按键为塑料键帽表面喷涂镭雕上光油，易磨损，而且对于多色按键很难处理，而此类按键印刷于内侧面，不存在磨损问题，印刷多色也很方便。

3、镁合金：MT70内部采用镁合金支架，增加设备强度，防止跌落损伤，屏蔽电磁干扰。

镁合金制品优点：

·比重轻：镁在实用金属中是最轻的金属，镁的比重(1.8／cm3)大约是铝的2／3，是铁的1／4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。

强度高：镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢，远高于工程塑料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。

·镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好，尺寸精度高，壁厚最小可达0.5mm，同时导热快，可满足产品设计的散热要求

·镁合金还有良好的加工性能，耐腐蚀性能，电磁波屏蔽性能，防辐射性能

-可回收：镁合金与塑料不同，它可以简单地再生使用且不降低其机械性能

4、MIM技术：MT70电池盖金属锁扣采用金属粉末注射成型(MIM)。

MIM是一种结合了塑料注射及粉末冶金优点的成型技术，此制程将微细的金属粉末与高分子黏结剂混合加热后，得到具流动性的射料，再经由注射机的注射成型，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品，即可以自动化、大量地生产尺寸精密、且具三维形状复杂的小型工件；此制程大大的减少传统金属加工的繁复程序与成本费用。

5、防水硅胶圈，硅胶塞：MT70前后壳、电池盖、背夹、液晶采用硅胶密封圈，内部多处采用硅胶塞达到IP65防水防尘等级。

6、MT70串口位置采用防水器件，同时采用点胶工艺达到IP65等级。选用胶水为全透明硅酮粘合密封剂，不含溶剂、无腐蚀、无污染，中等粘度，易填充。

7、MT70采用防水耐落(NYPLAS+NYLOK)组合螺丝。

NYPLAS是以特殊技术将特殊的防漏材料永久附着在扣件头部座面上，使其产生具有防止渗漏之功效，主要目的在防止空气、灰尘、水、水蒸汽、二甲苯、甘油(防冻剂)等之渗入或泄漏；以及吸收振动所造成的噪音。

NYLOK螺丝是以特殊技术将特殊的工程塑料永久附着在螺牙上，使其产生具有防止螺丝松动之功效。

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1机械设计制造与仿真技术概述

1.1机械设计制造

机械设计制造具有工作内容复杂等性质，机械设计制造过程中需要电气自动化、电子工程等技术的支持，相关科技的快速进步，也推动机械设计与制造工作向更多元化的方向发展。以往的机械设计一般以设备零件、工业器械为主要内容，在制造中需要先建构模型，进行多种科学实验，才能保证机械模型的合理性。利用各种自动化技术和仿真技术，能更科学、高效地进行标准化、非标准化的零件设计与加工。

1.2仿真技术

仿真技术应用多种硬件、软件工具，基于仿真实验、相关算法及问题求解，达到构建反映系统某一运行过程或行为的仿真模型的目的。仿真硬件以计算机和相关硬件为主，包括数字计算机、混合计算机、模拟计算机，以及目标仿真器、环境仿真器、运动仿真器等多种物理仿真设备；仿真软件包括各类仿真语言及相关数据库。在应用仿真技术过程中，为了构建基于仿真目标的系统模型，必须进行仿真实验，一般会进行离散事件的系统仿真实验和连续系统仿真实验。在机械设计和制造中应用仿真技术，能大幅度提升机械设备研发速度，减少制造中花费的时间、资金，从而帮助相关机械生产企业获得更高的经济收益。

2仿真技术在机械设计制造中的应用意义

2.1节约设计与制造成本

在机械产品的研究开发过程中，企业需要投入大量资金及人力，特别是在大型机械设备的研发中，因为工程量大、结构复杂，需要统筹全方位的设计工作，因此设计成本相当高，而设计的合理性、效率与研发成本息息相关。应用仿真技术，能够基于相关设计参数建立产品的二维、三维模型，对机械产品的全过程进行相应的模拟和实验；还能基于计算机完成传统研发过程中烦琐复杂的内容，有利于降低工作人员的研发难度和劳动强度。利用机械模型研发产品，能不断调整参数，降低利用实体模型等方法进行研发的经济成本，从而提升产品的研发质量与效率，节约设计与制造成本。

2.2提升参数的准确性

我国各行各业均向机械化、自动化等方向快速发展，当前所需的机械产品类型越来越多，结构越来越复杂，对零部件精密程度也提出了更高的要求，机械设计的过程也变得更为多元、复杂，对相关零部件参数的准确性提出了更高要求。利用传统机械设计方法难以满足当前的标准要求，利用传统计算机技术手段分析大量数据，不仅处理效率低，还无法直观地显示和调节相关数据，一旦出现数据计算失误或数据传递失真，就会降低产品的技术性能。利用仿真技术，能124够通过模型更直观、准确地分析和优化大量设计参数，降低设计难度与出错率，帮助设计人员快速完善产品设计和加工方案。

2.3确保设计方案的合理性

在传统机械设计研发过程中，设计方案的制订过程相当复杂，需要进行大量的人工分析，既浪费时间和精力，又难以保证设计方案的合理性、科学性，这主要体现在方案精细化程度不足，设计师未能全面分析制造过程等方面，导致最终制造出的机械产品在性能等方面往往与设计预期相去甚远，甚至达不到相关技术要求。科学应用各项仿真技术，能使设计人员更合理地整合相关数据，确定机械产品的各项参数，如基于各项仿真实验，获取环境、运动等仿真数据，构建机械设备在实际工作环境下的三维模型，从而更便捷、直观地调整相关参数，对比分析各个设计方案、制造方案，最终选择最优方案。

3仿真技术在机械设计制造中的应用优势

仿真技术在机械设计制造中得到广泛应用，在机械产品的设计、制造、检测等环节均发挥了重要的作用，这使得仿真技术在机械设计和制造中占据重要地位。仿真技术不仅能够更好地把控产品的质量与制造效率，还有利于优化相关技术，更快地进行产品的更新迭代，制造出符合市场要求的高质量、高性能产品，提升生产企业的经济收益。如今仿真技术应用范围仍在扩大，仿真对象、仿真目标更为清晰准确，进一步提升了仿真技术在制造行业的应用有效性。

3.1集成度高

仿真技术的集成化属性能更好地适应当前机械设计与制造工作的需求。仿真技术融合了多种科技与理念，本身十分复杂、多样，因此能够模拟不同类型机械产品的各个复杂模块，进行模块化、集成化的产品设计与制造，从而满足当前市场对机械产品提出的模块化、灵活组装等要求。

3.2分布性强

仿真技术的分布特性十分明显，这是由于仿真技术十分依赖网络技术、计算机技术及各种电气自动化技术。技术的不断发展，使仿真技术的分布特性不断加强。对仿真技术各软硬件工具及相应的运行环节进行分析，可以发现各种仿真功能的实现充分应用了各种网络技术、制造技术，整个技术的运行环节均需要配合各种理论和图形规定进行。分布性强这一特点会在一定程度上强化仿真技术在机械设计制造中发挥的积极作用，更好地保障设计工作的合理性和设备的制造质量。

4仿真技术在机械设计制造中的应用前景及发展方向

4.1应用前景仿真技术

随着各类计算机技术、电气技术的进步而迅速发展，一些仿真硬件设备及软件的水平快速提升，使数字化仿真技术的优势进一步凸显，当前主要体现在超小型计算机、处理器等工具相互配合方面，能够降低传统仿真技术中对大型仿真设备和实际仿真实验的依赖性，从而有效降低研发成本。在仿真软件方面，仿真技术正与AI技术融合，有利于提升仿真软件的精确性、全面性，推动机械设计向虚拟设计与制造方向发展，虚拟设计与制造将更多地应用虚拟仿真技术，在更多的机械产品设计及制造内容中应用计算机对仿真对象、目标进行全过程结构设计、参数调整及资源调配，从而显著提升机械产品研发水平和研发过程的管理水平，显著降低机械设备设计与制造的周期及成本[1]。由此可见，仿真技术在机械设计领域具有广阔的前景。

4.2发展方向仿真技术

在机械制造中的应用将向精确化、智能化方向快速发展。仿真过程的精确化发展体现在机械制造中的数控加工等过程将与仿真技术进行更深入的结合，通过模拟加工过程，可以更好地调整相关的加工参数或产品参数，从而以更低成本优化加工方案，使各项加工参数更精确、合理。仿真过程的智能化发展体现在机器人技术和网络通信等技术与机械设计仿真过程更深入融合，将使仿真过程更自动化、智能化，技术人员将更多地通过计算机软件进行仿真过程的设计与控制，基于各种通信技术进行数据交换和实时控制、监测。另外，仿真技术在机械领域的应用内容也将更为广泛、精细化。

5仿真技术在机械设计制造中的应用流程和具体应用

5.1仿真技术的一般应用流程

仿真技术的应用涉及图形学、几何造型学知识，在对目标产品进行实质抽象化的数学模型处理时，需遵循一般的应用流程。首先，应确定目标产品的结构和相关参数，建构基础的模型。基于各仿真工具建构能模仿真实环境及产品的可靠系统，加上边界条件、约束条件等参数。其次，应用电气工程、自动化、网络通信等方面的技术，将数学模型中的参数进行相应的阐述，并结合时空关系划分模型，构建每种环境下的动态模型与静态模型。以构建动态模型为例，需要构建连续时间下的仿真模型、离散时间下的仿真模型、混合时间下的仿真模型，并重视各模型之间变换层面的构建[2]。再次，应用相关算法、仿真软件及计算机语言，对仿真模型开展全面的分析。需要满足模型自由变换、参数分析全面等要求。最后，进行仿真模型实验工作，即将创建的仿真模型输入搭载某一实验环境的计算机中，使仿真模型虚拟运行，由此得到产品仿真运行的结果[3]。开展仿真实验前，需要进行先期设计，并对实验方案进行预运行，根据仿真实验想要达到的实验结果确定具体的衡量指标和标准，对仿真实验结果进行合理的分析。为验证实验结果的可靠性，需要通过反向验证等方法进行检验。经过这一系列的应用流程，才能保证仿真技术被合理地应用于机械设计制造。

5.2仿真技术在机械设计制造中的具体应用

5.2.1仿真技术在机械产品结构设计中的应用根据机械产品结构设计的一般工作流程可知，机械产品结构由完成不同功能的多个结构协同组建而成。结构设计直接关系到机械设备运行的安全性、效率及其他重要性能，研发人员在利用仿真技术进行结构设计时，需要优化产品结构的模拟实验等工作，如通过高负荷环境下的功能性实验来测试产品结构的安全性、可靠性等性能，然后基于各项测试最终确定最优的产品结构模型。与此同时，研发人员需要借助仿真技术、三维设计软件及运动学理论，对产品结构设计模型进行多角度、多维度的展示、观测和测试，在保证产品结构的运动状态可靠性符合设计标准的基础上，对不同零部件进行干涉实验和细化分析，从而发现各零部件存在的金属疲劳等问题或技术瓶颈，然后进行参数、材料等方面的优化调整，以全方位提升机械设备结构设计的合理性[4]。三维设计软件在机械设计中已较为普遍，将运动仿真与三维设计进行更高程度的融合，能够使研发人员实时地观测机械结构在具体运动环境下的各项性能，有效提升结构设计质量，节约设计所需的时间和物料成本。例如，在一些机械设备的齿轮设计中，研发人员利用仿真技术能提升这些重要部件的质量和设计的合理性。齿轮是一些机械设备的关键部件，其性能直接影响整个机械产品的使用寿命与生产效率。应用仿真技术，能对齿轮结构设计及相应设计参数进行测试，判断齿轮设计能否满足产品的设计目标和相应的加工要求[5]。在具体应用中，基于仿真软件模拟齿轮在相应环境中的工作环境，以此检测齿轮结构设计、参数设计是否符合规范。若发现设计问题，还能进行相关参数的调试，最终完善齿轮设计。如利用仿真技术模拟和测试圆弧针齿的运行轨迹，测试齿轮是否能在相应环境下正常运行，并基于仿真技术深入完善各齿轮转动接触点的相关参数。5.2.2仿真技术在机械产品加工设计中的应用机械产品从设计到制造需历经多个步骤，许多步骤的流程较复杂，特别是在设计和生产大型、超大型机械设备时，其过程尤为复杂，而应用仿真技术能在一定程度上使这一过程更加便捷[6]。机械加工设计过程中应用仿真技术，能切实优化研发设备的各项性能和工作效率。例如，在数控加工工作中，需要编写相应的加工方案，而应用仿真技术能更便捷地完成加工方案的编写，调试机床运行程序，生成相应的二维、三维图形及加工数据，在机械设备生产中合理选择刀具等加工工具，利用合理的流程、准确的加工指令高效完成设备加工作业。此外，应用仿真技术还能有效减少人为操作、降低失误率。

6结束语

综上所述，仿真技术已在多领域得到应用，具有很强的技术优越性，推动其在机械设计制造中的应用，能够为机械制造领域带来新的活力和发展机会。因此，相关企业需要积极、合理地应用仿真技术，优化相关的设计、制造工作，提升机械产品的质量与研发效率。

参考文献

[1]张卫龙.仿真技术在机械设计制造过程中的应用[J].华东科技,2020(3):11-13.

[2]高源,闫韬,满成,等.计算机仿真设计在塑料制品开发中的应用研究进展[J].合成树脂及塑料,2019,36(2):99-102.

[3]周卉.计算机仿真软件在机械结构优化中的运用指导:评《UGNX机械结构设计仿真与优化》[J].机械设计,2020,37(12):159.

[4]陈登凯,乔一丹,刘佳璇,等.基于复合仿真技术的武器装备工业造型设计方法[J].包装工程,2021,42(20):49-58.

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中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0094-01

在现代社会中，吸尘器正成为人们生活中的产品，它的发展带动着一系列科技领域的崛起。随着吸尘器产品的不断成熟以及人们消费观念的转变，吸尘器的质量、功能以及外观成为商家竞争的焦点。而要保证竞争优势就必须重视吸尘器的结构设计和注塑模具成型。本文通过对吸尘器外壳用UG软件进行产品的三维造型，在对产品结构工艺分析的基础上，进行了分型面、浇注系统、侧抽芯机构、脱模机构、冷却系统等结构设计，用UG进行了模架的设计，设计过程中采用了计算机辅助模具设计，大大缩短了开发周期和生产成本。

1 塑件的结构工艺性分析

塑件为吸尘器外壳，产品壁厚均匀，厚度为1.6 mm，塑件唇部厚度为1 mm，塑件主体的脱模斜度为3°，塑件唇部的脱模较为1°，由于唇部的厚度较小易产生翘曲变形，使塑件间的配合可能造成一定的影响，而且此处容易产生气穴。为此在塑件的内壁上加上两条加强筋，以保证塑件的形状精度要求。塑件三维造型图如图1。

2 模具结构设计

2.1 分型面的选择

根据分型面的选择原则，以塑件下表面的边作为分型面，边界溢料会在分型面上，除去较为麻烦，但塑件可以顺利脱离凹、凸模。

2.2 浇注系统设计

由于本塑件作为电器表面外壳，表面要求光滑，无浇口痕，所以选择以点浇口的进料方式，采用从塑件顶部进料，模具结构比较简单，浇口加工方便，同时可以满足塑件的填充要求。从模流分析图中可见，采用顶部进料方式，所产生的排气穴主要集中在分型面上，有利于模具充填过程中的排气，有效保证塑件质量。浇口处有一小圆弧向下凹，这样浇口断裂时会在圆角处，这样塑件注射完成时，不用进行二次修正，分流道截面为梯形。

2.3 成型零件的结构设计

动、定模型芯采用嵌入定模板和动模板，小型芯直接在凸模上加工成型的结构形式，这种结构可以大大减少型芯和型腔的加工余量，而且在型芯和型腔的维修和更换非常的方便，相对于整体式结构大大延长了模具的使用寿命。由于型芯上的小凸台（用来成形塑件上的孔）的高度只有1.6mm，可以直接在型芯上加工，减少了型芯上的镶件数量，降低了型芯的复杂程度。

采用将成型零件镶入动、定模板后用内六角螺钉进行加固的形式。加工比较方便，型芯稳定性好，加工余量少。型腔采用凸肩式镶入定模板中，再用内六角螺钉加固。

2.4 顶出机构的设计

塑件为均匀薄壁件，而且塑件唇部较薄（1mm），可以选择顶杆推出机构或者推板推出机构。本设计采用镶件式推杆脱模机构，可以稳定地推出塑件，且推杆的位置有利于气体的排除，模具结构简单，有利于加工。

3 模具总体结构及工作原理

3.1 模具总体结构

模具总体结构如图2所示。

3.2 模具工作原理

熔融塑料从注射机喷嘴经由模具浇注系统注满型腔，开模，第一分型面打开，当移动一定距离时，螺钉拉住卸料版，主流道浇口从注塑机分离，模具继续移动，当到一定距离，小拉杆拉住定模板，点浇口分离，在机械力的作用下，动模板胀开锁模开关器继续移动，最后注塑机顶杆的作用下，顶杆、丝筒顶出塑件脱离定模。

4 结论

通过对吸尘器外壳用UG软件进行产品的三维造型，在对产品结构工艺分析的基础上，进行了分型面、浇注系统、脱模机构、冷却系统和侧抽芯机构等结构设计，用UG进行了模架的设计，设计过程中采用了计算机辅助模具设计，大大缩短了开发周期和生产成本，经生产实践验证，本模具结构合理，侧抽芯动作平稳可靠，塑件质量可以满足技术要求。

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1变型设计概述

1.1变型设计的基本概念简单的说，变型设计就是一种设计方法，是一个设计过程，它的基本思想是通过改进已有的系列产品或设计实例来适应新的设计需求，实现产品的快速设计和新产品的快速试制定型。就整体而言，变型设计就是运用一定的规则将整个产品的设计归结为对其中各个部件、零件等功能模块的设计。因此在进行变型设计时建立一个合理的产品结构模型是实现产品快速变型的关键。

1.2方法体系

机械产品结构设计是一个系统、复杂、循序渐进的过程，无论是用户新的需求，还是机械产品在功能上的细小变化，都有可能引起很大改变，即在产品结构上的细小变动都有可能导致产品结构设计上的重大变动，这在机械产品的变型设计中表现的尤为明显。有时企业为了更好的满足各种用户的不同需求，不得不对原有的产品结构进行重新设计，以期获得更多的收益，奠定自身的竞争优势。笔者认为，对机械产品结构进行变型设计的关键就是要准确找到变型设计的根源，建立科学合理的方法体系，进而保证变型设计和快速设计目标的实现。本文所要介绍的方法体系，是以变型规则为基础，通过事物特性表技术的合理运用来构建合理的机械产品结构模型，该模型能够对支持变型设计的机械产品及其构配件之间的关系和条件进行准确的描述。事物特性表技术实现了机械产品结构数据通过二维表结构进行标准化、科学化、规范化的组织，这对机械产品结构的变型设计无疑是非常有帮助的。

2事物特性表的应用

事物特性表是一种ASCII文件，它的格式是保持不变的，不仅能够对事物的基本属性进行登记，还能对构配件的一些特性进行针对性的描述。在国家的相关标准中，它被当作一种信息标准进行应用，不仅能对事物的特性进行描述，并严格按照相关规范和要求进行记录、存储和显现。表格形式如表1所示。正是因为事物特性表能够详细、有效的对事物的性能、特征、工艺特殊性等进行描述，尤其是产品在开展与尺寸变型相关的结构设计时，事物特性表更有利于产品结构从类到实例的转变，这对变型设计和相关检索显然是非常有帮助的。例如，我们可以对某种机械产品的内外径、长度等特性进行描述，我们就可以得到一类产品，而我们对以上特性参数化之后就得到了某种产品的实例，最后将所有特性参数进行组合后，我们就得到了该产品的事物特性表。事物特性表的应用不仅如此，我们还可以结合机械产品变型设计的具体实际进行灵活扩展，尽量将事物特性表的作用最大化。

3机械产品结构模型分析

从某种意义上说，我们可以把产品结构模型看成是能够适应应有的的约束配置的构件的实例化集合。在具体应用过程中，企业应当立足于市场及用户的各种需求，从企业原有的系列产品结构中进行改进和创新，进而派生出更多的有效的产品结构。在对产品结构模型进行分析和构建时，我们首先应当对产品的结构、特点、功能有个全面的把握和了解，并按照相关设计原则和理念把产品模块化，然后通过面向对象的设计方法将所要进行设计的产品进行分解，进而获得相应的产品类或零部件类，最终得到科学、有效的产品模块结构。产品结构模型的原理如图1所示，其主要包含产品变型与约束规则、参数传递结构和构建集合等内容。而为了更好的对产品结构及其结构进行分析，我们首先要对产品以及组成产品的零配件关系进行描述，即构建产品装配拓扑树。

3.1产品装配拓扑树的构建

对于产品装配拓扑树的描述来说，我们可以把它看作是一种类结构，具体如图2所示。在装配拓扑树中，基本模块是产品结构设计中必不可少的，必选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中指定一定数量的模块加入到产品中；可选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中选择一定数量的模块加入到产品中。O2表示在组成部件BNode2时必须且只能在Anode6和Anode7中选择一个零件构件，并且以该构件与CNode2的关系装配到BNode2中。R1表示在组成产品族CNode1时，可以根据一定的规则在Anode4和Anode5中选择一个零件。将构件（Node）的概念引入到装配拓扑树中，主要是为了更好的表达产品对象以及零部件等子对象，而构件不能完全等同于具体的零部件，我们可以把它看成是零部件的抽象，是拥有一定共同特性的的集合，我们可以将其表述为一个四元组：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示产品对象或其零部件子对象的唯一标识号；Sel表示该构件的选择特性，Inc的取值为0，1。Inc=0表示该构件是可选构件，Inc=1表示该构件是必选构件。Num表示零部件在产品中的配置数目；Des表示构件的属性描述信息，Type表示该构件的类型。At-tr_name表示该构件的一个属性名称；Data_Type表示属性的取值类型，如浮点型（float）、整型（int）、字符型（char）、布尔型（bool）等；In_cons表示属性的取值限定约束。

3.2PSMTree类的构造

在完成装配拓扑树的构建后，能够从结构上很好地支持产品对象的变异性。然后采用面向对象的方法对由PSMTree描述的产品原型进行建模，在建模时采用事物特性表技术来构造描述PSMTree的类属性，从而通过类的继承得到描述产品的类。在对类进行构造时，我们可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel这3个类来分别描述PSMtree中的产品及其零部件构件。提取3个类的标识码ID、名称NAME、变型规则等共同属性构造基类O_Base，O_Base与O_Asm、O_Par和O_Sel构成分类结构，具体如图3所示。

3.3机械产品的变型设计规则

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2参照首根线缆设计后续线缆

后续线缆可参照先前创建的线缆布线。当布线需用另外一个布线网络中的一部分，而这两个布线网络又不连接时，需先将借用的那个布线网络设置共享后，对原本两个不相连接的布线网络创建连接，再从一个布线网络到另外一个布线网络借用参考布线，实现线缆跨网络布线；当两个或多个布线网络交叉时，布线时系统不知道哪个布线网络是优先走线路径参考，可将优先考虑的那个布线网络与其他布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“必须”，并配合将另外一个布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“不允许”，以此来设置布线网络的优先级层次。

3后期线缆规范调整，美化走线设计

当一个布线网络被多条线缆参照使用时，常出现线缆扭曲交叉干涉的情况。可通过设置线缆扭曲交叉干涉较严重的位置点及其前后位置点的属性，改变角度值，调整理顺线缆；对多股线可修改设置位置点的“最大直径”，增大其间隙，消除干涉。如果线缆很多，常通过增加走线槽加以规整，使其规范。在虚拟布线中，线缆扭曲交叉干涉现象不影响实际布线，可酌情放宽要求。

4提高布线美观性,优化结构设计完整性,验证布线工艺可行性

增加线号、扎带、走线槽及护套元件，美化和规整线缆，使其更加逼真，与实际工艺相一致。与此同时，它也能反馈虚拟布线的位置是否满足结构设计要求，布线工具是否适用，操作和后期维护是否方便，是否需要对产品增加布线结构工艺件，满足布线工艺可行性，或对某些零部件增加辅助工艺，如扎线孔、引线支架和引线桥等。在总装中，审阅当前布线的工艺和结构，通过对需要增加辅助工艺特征的零部件进行激活，增加辅助工艺开孔特征或引线支架和引线桥等元件。由于CREO统一数据库具有全相关性，对零部件的修改会实时反映到总装上，从而使总装效果的审阅非常方便。当确认所有的工作完成后，可把线缆装配下的骨架模型隐藏，消除总装配中复制几何模型和原来零部件模型干涉造成的显示重影问题，完整的布线仿真三维模型全部生成。布完线的骨架模型和完整布线三维模型如图2所示。